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局域实时定位算法及其精度改进方法研究
作 者: 古富强
导 师: 尚建嘎
学 校: 中国地质大学
专 业: 计算机科学与技术
关键词: 位置感知 定位技术 定位算法 卡尔曼滤波 粒子滤波
分类号: TP202
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
无论是普适计算还是物联网,究其本质都是实现物理世界与信息系统的融合,从而更好地满足人们的各种需求。位置感知技术是普适计算、物联网中的一项关键技术,其近年来连续被国际知名IT咨询公司高德纳评为产业应用快速上升的主要IT新技术之一。基于位置感知技术构建的实时定位系统(RTLS)在医疗健康、物流、矿山、安防等诸多领域具有广阔的应用前景。位置的获取是实现普适计算、物联网以及基于位置的服务的必要前提和关键。虽然目前已存在许多定位技术来感知对象的位置,但不同定位技术具有不同的定位精度、覆盖范围、安装和维护成本等,且没有哪一种定位技术在任何环境中都具有良好性能。为了解决这个问题,本文在深入研究各种局域定位技术和精度改进方法的基础上,构建了一种融合多种定位技术、集成多种滤波算法的位置感知中间件,该中间件采用插件式架构,具有良好的可扩展性。本文的主要创新点如下:(1)提出了一种基于AP集相似度的WLAN指纹定位算法。针对真实环境中所采集指纹的AP集差异性问题,本文提出了采用基于AP集相似度的WLAN指纹定位方法。首先,利用基于区域相似度的训练指纹选择算法缩小指纹搜索区间,提高指纹匹配的准确度;然后融合AP集相似度以及信号强度(RSS)信息计算指纹间的距离,并按照KWNN方法估算移动目标的位置。(2)提出了一种基于粒子滤波算法的WiFi/INS定位算法。利用WLAN定位技术来计算目标的初始位置;然后使用基于粒子滤波的DR算法来计算目标的实时位置;为了解决DR的累计误差问题,本文在环境中设定一定数量的校正点(Landmarks),这些校正点通常选取具有特定特征的关键点(如门、楼梯、AP部署位置、传感器数据异常的位置等)。当目标运动到校正点位置时,其位置信息自动被更正。(3)提出了一种室内外定位技术切换方法。本文综合考虑GPS、WiFi指纹、WiFi三角定位方法在定位精度、覆盖范围、复杂度等属性方面的差异性,将三者设定不同的优先级。本文设定WiFi指纹定位方法优于GPS定位,WiFi三角定位方法优先级最低,定位时总选取优先级较高的定位技术,从而实现室内→室外以及室外→室内的智能切换。
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全文目录
作者简介 7-9 摘要 9-10 ABSTRACT 10-16 第一章 绪论 16-22 §1.1 研究背景及意义 16-17 §1.2 国内外研究现状 17-20 §1.3 研究内容及创新点 20-21 §1.4 本文组织结构 21-22 第二章 局域定位技术及算法 22-32 §2.1 局域定位技术 22-24 §2.2 接近定位 24-25 §2.3 几何计算定位 25-28 §2.4 位置指纹定位 28-29 §2.5 航位推算方法 29-30 §2.6 基于AP集相似度的指纹算法 30-31 2.6.1 基于区域相似度的训练指纹选择算法 30-31 2.6.2 基于AP集相似度的距离计算方法 31 §2.7 本章小结 31-32 第三章 定位精度改进算法 32-43 §3.1 平滑 32 §3.2 卡尔曼滤波 32-33 §3.3 扩展卡尔曼滤波 33-34 §3.4 Sigma-Point卡尔曼滤波 34-36 §3.5 粒子滤波 36-37 §3.6 滤波算法在不同层次的运用 37-39 §3.7 基于粒子滤波的WiFi/INS算法 39-42 3.7.1 粒子滤波算法 40 3.7.2 步长计算 40-41 3.7.3 方向计算 41-42 §3.8 本章小结 42-43 第四章 UbiLoc中间件的设计与实现 43-50 §4.1 架构及特性 43-44 §4.2 设计与实现 44-46 §4.3 不同定位技术、算法的融合 46-48 §4.4 室内外无缝定位的实现 48-49 §4.5 本章小结 49-50 第五章 实验测试与分析 50-62 §5.1 实验测试平台 50 §5.2 实验设备及场景 50-53 §5.3 结果评估与分析 53-61 5.3.1 NanoLOC定位技术 53-54 5.3.2 WiFi定位技术 54-56 5.3.3 室内外无缝定位切换方法 56-57 5.3.4 基于AP集相似度的指纹算法性能 57-58 5.3.5 基于粒子滤波的WiFi/INS算法性能 58-61 §5.4 本章小结 61-62 第六章 全文总结与展望 62-64 §6.1 论文总结 62-63 §6.2 工作展望 63-64 致谢 64-65 参考文献 65-71
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 一般性问题 > 设计、性能分析与综合
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